中文名：分子电脑

外文名：molecularcompute

此机器是由17个杜醌(duroquiNOne)分子，其中1个杜醌分子居中，充当控制部，另外16个分子围绕着它，都是在金表面上通过自我组合而成的。日本筑波市国立材料科学研究所的人工智能和分子电子学科学家安尼班·班德亚帕德耶(Anirban Bandyopadhyay)解释称，杜醌的直径不到1纳米，它比可见光波长还要小数百倍。而且，杜醌分子是六边形面上连接着4个圆锥细胞，看上去就像一辆小汽车。

一队来自日本及美国密歇根州的硏究人员硏制了一台可以模仿人类大脑运做的分子计算机。这个微电路由黄金为基底上的有机分子构成，并能应付神经元的高速传导进行超高速的并行计算。

当遇到多任务处理时，即使是速度最快的计算机仍然远远落后于人脑。 尽管神经元每秒仅能处理千万次 - 慢于当今最快的数字处理器兆亿次的运算量 - 但人仍然比计算机更为聪明。

“我看到你，结认你，与你交谈，并听到有人在走廊上行走，所有这些都是瞬间发生，但即使是最快的计算机这却是一个艰巨的任务。”密歇根理工大学物理学家兰吉特帕蒂在一份新闻稿中说道。

这是因为计算机处理信息的是顺序进行的，而大脑则是一个复杂的网。大脑中的电脉冲随着神经网络进行着多个复杂并发操作，然而计算机则无法做到这一点。

为了制造这台聪明计算机，帕蒂和他的同事使用了一种称为DDQ的有机分子，它是由氮，氧，氯和碳构成。相对于使用二进制开关0和1的数字计算机，它可以在0，1，2和3四种状态之间进行切换。“这样做的好处是，将近有300个分子在处理信息时能同时互相通话，”帕蒂说，“我们将模仿神经元在大脑中的有怎样的表现。”

有机体处理器具有智能并且可自我回复。在相同的网格内它可以解决几个问题，而且如果发现缼失，它能自我恢复。相类似的，大脑也同时处理几个问题，如果一个神经元死亡，另一个神经元会接替其工作。有机体处理器可以为当今的计算机所解决不了的问题提供答案。例如，没有一个已知的算法能够让当今的计算机预测自然灾害和疾病暴发。密歇根理工学院在新闻稿中说道。为了证明处理器的性能，硏究团体在分子层中模仿了两个自然现象: 热扩散和癌细胞的演变。

该电路的模式，看起来简直像是一个大脑在运作- 扫描隧道显微镜图像看起来与人脑的核磁共振成像有着惊人的类似。有了这样的突破，新奇产品的出现只是时间问题。

科学家通过来自扫描隧道显微镜特别尖的导电针上的电脉冲来调节此居中的杜醌分子，从而对此装置进行操作。由于电脉冲强度的不同，此分子及其4个圆锥细胞将出现不种方式的移位。再加上居中杜醌分子与周围的16个杜醌分子连接的化学键不牢固，从而导致每一个分子也出现移位变化。这就像推倒一块多米诺骨牌会引发一连串的多米诺骨牌倒下。

可以想像一下，1只蜘蛛位于由16根蜘蛛丝编织的蜘蛛网中心，当蜘蛛向某一个方向移动时，每根连接它的蜘蛛丝就会各自感受稍有不同的拖拉。依照这种方式，居中杜醌分子的电脉冲可同时向周围16个分子传送不同的指令。研究人员称这项设计是受大脑细胞的启发，因为大脑神经细胞有树状一样的放射状神经分枝，每一个分枝都习惯于和其他大脑神经细胞沟通，传输指令。电脑科学家表示未来几十年巨大的并行处理会革新电脑的思维方式。

分子电脑

研究人员使用扫描隧道显微镜确实让此16个分子正如他们所希望的那样回应了中心控制分子的指令。这就像空间站和太空船通话一样。如果你看过科幻电影《神奇旅程》，就明白这是怎么回事。

科学家可以将这种装置与其他分子相结合来使用。比如：研究人员建造一批仅由分子构成的机器，如发动机、推进器、电闸、电梯和传感器等。此装置将提供办法来控制所有其他装置整体性地协调运转。的确，班德亚帕德耶及其同事证实了他们可以让他们的发明调控8台这种分子机器协同工作，好像它们都是微型工厂的一部分。

班德亚帕德耶称，此发明还可用于控制复杂分子机器上装备的元件。今后的应用之一将医学领域，设想将这样的分子仪器植入血液中，或许能够摧毁人体内的肿瘤。将来脑瘤患者不用做手术，因为血液中的分子组装机会直达目标地，执行目标任务。此发明的应用是扫描隧道显微镜上配备的特别尖的导电针。然而，班德亚帕德耶希望将来能使用分子代替导电针，对此装置发送指令。另一应用是基于大脑工作方式建造巨大平行处理的超级电脑。

此装置需要在真空和零下196摄氏度极冷的条件下制成，不过，它却能在室温条件下正常工作。研究人员可以将此装置从二维的16分子环状结构扩展至三维的1024分子球状结构。这意味着它能同时执行1024个指令，产生4的1024次种不同的结果。这项研究成果发表在3月10日出版的《美国国家科学研究院学报》上。

UCLA化学家宣布在分子电脑上有重大进展，同时也首次展示一种可重新装配的分子开关(reconfigurable molecular switch)，其工作环境为室温之固态。在积体电路中基本的元件就是如电晶体这样的矽晶开关元件，这团队拟由有机分子开关来取代这矽晶元件。这个障碍的突破将使得未来分子电脑之制造可比现今之矽晶电脑更便宜、更小、而且更有效率。

这个研发团队是由 UCLA 之 James R. Heath、J. Fraser StodDArt以及 Pat Collier 所领导，并包含了 Hewlett-Packard 公司的研究人员。这团队在 Science 发表之分子开关只能切换一次，因此只能应用在静态储存(STATic storage)。如今发表的分子开关可以重复动作数百次。Heath 说: "这个进步不再是迟缓的漫步，而是快速的前进"。

最直接的应用是在于分子随机存取记忆体(molecular RAM)，也已经接近完成阶段。这些分子叫做 catenanes，是由两个微小连锁环所组成，在实验中，不仅要使这些相互连锁之分子构件有效率的联系，更要能够使这些分子可以在固态中动作。此外，利用一些化学反应，这些构件可以自动组成一对连锁环，其中一个环可以被激发而在两个不同态中移动(相对于另一个环)，因此构成 0 与 1 两个稳定态，即切换动作是藉由电压之改变，使得其中一个环被离子化，藉由库伦推力来旋转该环，当TTF (tetrathiaful-valene)在内侧时为 1，TTF 在外侧则为 0。